Laser rắn Nd: YVO4 biến điệu độ phẩm chất thụ động phát xung ngắn nano-giây với tần số lặp lại cao

Nguyễn Văn Hảo và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 96(08): 55 - 58

55

LASER RẮN Nd: YVO4 BIẾN ĐIỆU ĐỘ PHẨM CHẤT THỤ ĐỘNG

PHÁT XUNG NGẮN NANO-GIÂY VỚI TẦN SỐ LẶP LẠI CAO

Nguyễn Văn Hảo

*

, Hà Thị Thùy

Trường Đại học Khoa học – ĐH Thái Nguyên

TÓM TẮT

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày các đặc trưng hoạt động của laser rắn Nd:YVO4 trong chế

độ biến điệu độ phẩm chất (Q-switching) thụ động tại bước sóng 1064 nm, được bơm bằng laser

diode có công suất cao. Laser rắn Nd:YVO4 Q-switching thụ động có thể phát xung ngắn 61 ns

tương ứng với tần số xung lên tới 700 kHz nhờ tinh thể hấp thụ bão hòa Cr4+:YAG (độ truyền qua

ban đầu 90 %) đặt trong buồng cộng hưởng. Sự phụ thuộc của công suất đỉnh, độ rộng xung và tần

số lặp lại vào công suất bơm trung bình cũng được đưa ra.

Từ khóa: Laser rắn Nd:YVO4, laser diode công suất cao, Q-switch thụ động, Tần số lặp lại cao

MỞ ĐẦU

*

Các laser toàn rắn biến điệu độ phẩm chất có

nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như viễn

thám, đo xa, y học .... Trong các môi trường

hoạt chất ở 1064 nm, tinh thể Nd:YVO4 được

xem như là một môi trường hứa hẹn của các

laser rắn được bơm bằng laser bán dẫn bởi vì

nhiều lợi thế, như sự hấp thụ mạnh trên một

dải bước sóng bơm rộng, tiết diện phát xạ

cưỡng bức hiệu dụng lớn, mức pha tạp cho

phép cao... Tinh thể Nd:YVO4 a-cut có tiết

diện phát xạ cưỡng bức hiệu dụng ở 1064 nm

(25.10-19 cm2

) cao hơn cỡ 5 lần so với tinh thể

Nd:YAG (6.10-19 cm2

), tuy nhiên nó lại có hệ

số dẫn nhiệt kém hơn đáng kể so với

Nd:YAG [1]. Khi bơm ở công suất cao (sử

dụng các laser bán dẫn công suất lớn), công

suất của laser rắn bị giới hạn bởi sự hình

thành hiệu ứng thấu kính nhiệt trong môi

trường hoạt chất [2]. Ngoài ra, năng lượng

bơm tối đa cũng bị giới hạn bởi hiện tượng

nứt gãy do nhiệt của tinh thể laser [3]. Do đó,

việc tránh các hiệu ứng do nhiệt là một

nguyên tắc cực kỳ quan trọng khi thiết kế hệ

laser [4-12].

Trong bài báo này, chúng tôi trình bày các kết

quả nghiên cứu và phát triển hệ laser

Nd:YVO4 phát tại bước sóng 1064 nm, được

bơm bằng laser diode công suất cao ở bước

sóng 808 nm và được biến điệu độ phẩm chất

thụ động bằng tinh thể Cr4+:YAG (với độ

truyền qua ban đầu T0 = 90 %). Các kết quả

*

Email: [email protected]

cho thấy, laser Nd:YVO4 Q-switching có thể

đạt độ rộng xung ngắn nhất 61 ns và tần số

cao nhất là 700 kHz.

THỰC NGHIỆM

Hình 1. Sơ đồ hệ laser Nd:YVO4 Q-switching thụ

động được bơm bằng laser diode

Hình 1 chỉ ra sơ đồ hệ laser Nd:YVO4 bơm

bằng laser diode. Nguồn bơm là laser diode

(ATC- Semiconductor Devices) phát ở bước

sóng 808 nm với công suất cực đại ở chế độ

liên tục là 8W. Bước sóng phát của laser

diode có thể được thay đổi bằng nhiệt độ

nhằm chồng chập với cực đại phổ hấp thụ của

tinh thể Nd:YVO4. Phân cực của chùm laser

diode là phân cực ngang. Tuy nhiên, laser

diode này được lấy ra bằng sợi quang (fiber￾coupled diode) có khẩu độ số 0,22, đường

kính lõi sợi quang 200 µm, khi truyền qua sợi

có độ dài 2 m thì ánh sáng laser diode không

còn phân cực nữa. Điều này sẽ làm giảm

đáng kể hiệu suất bơm quang học và hiệu

suất laser Nd:YVO4.